¿Por qué se agrieta el acero para herramientas D2 durante el mecanizado por electroerosión?
El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) se utiliza ampliamente para producir geometrías complejas en aceros para herramientas endurecidos que son difíciles de mecanizar con métodos de corte convencionales. Sin embargo, el intenso calentamiento localizado y el enfriamiento rápido inherentes al EDM pueden dañar la integridad de la superficie y provocar grietas.
Esta página es parte de la Guía de análisis de fallas y solución de problemas del acero para herramientas D2, que examina los mecanismos de fallo comunes del acero para herramientas D2 en entornos de herramientas para trabajo en frío.
El acero para herramientas D2 está reconocido internacionalmente bajo grados equivalentes como 1.2379 y SKD11, y las directrices de este artículo también se aplican a estos materiales.
¿Qué le sucede al acero para herramientas durante la electroerosión?
El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) elimina material mediante descargas eléctricas repetidas que funden y vaporizan localmente pequeños volúmenes de metal. Al finalizar cada chispa, el material fundido se solidifica rápidamente debido al enfriamiento producido por el fluido dieléctrico circundante.
Este proceso forma una capa superficial solidificada conocida como capa refundida, comúnmente llamada capa blanca.
La capa refundida es extremadamente dura y frágil. Debajo de ella se encuentra una zona afectada por el calor (ZAC), donde la microestructura se ha modificado por ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento. Esta zona suele incluir una fina capa endurecida, seguida de una región ligeramente sobretemplada antes de la transición al metal base no afectado.
Debido a que estas transformaciones se producen bajo ciclos térmicos severos, se generan importantes tensiones residuales de tracción en la superficie.
¿Por qué se produce el agrietamiento en el acero para herramientas D2?
El acero para herramientas D2 es particularmente sensible al agrietamiento inducido por electroerosión debido a sus características metalúrgicas.
En primer lugar, el D2 contiene niveles de carbono relativamente altos. Cuando se produce un enfriamiento rápido durante el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), la martensita recién formada en la capa refundida se vuelve extremadamente dura y quebradiza.
En segundo lugar, el D2 contiene un gran volumen de carburos ricos en cromo que proporcionan una excelente resistencia al desgaste, pero reducen la tenacidad a la fractura.
Durante el proceso de electroerosión, los fuertes gradientes térmicos y las transformaciones de fase generan elevadas tensiones residuales de tracción cerca de la superficie. Debido a que la capa refundida, que es frágil, no puede absorber plásticamente estas tensiones, con frecuencia se forman microfisuras dentro de la capa blanca.
Aunque inicialmente son superficiales, estas grietas actúan como concentradores de tensión. Bajo cargas mecánicas repetidas durante operaciones de estampado, troquelado o conformado, pueden propagarse al material base y, finalmente, provocar la falla prematura del troquel.
Signos típicos de agrietamiento relacionado con la electroerosión
Las grietas relacionadas con la electroerosión suelen originarse en la capa refundida frágil y, en un principio, son extremadamente pequeñas, con una profundidad aproximada de 0,0001 a 0,0003 pulgadas (0,0025 a 0,0076 mm).
En sus primeras etapas, suelen ser invisibles a simple vista, pero pueden propagarse debido a la fatiga mecánica o térmica durante el uso.
Los síntomas comunes incluyen:
- fractura frágil que se inicia a partir de cavidades de electroerosión o esquinas internas afiladas.
- Descamación o desprendimiento de la superficie cerca de orificios finos, ranuras o perfiles intrincados.
- Desconchado localizado a lo largo de las características mecanizadas por electroerosión
- agrietamiento que se origina directamente en la superficie de EDM
Cómo prevenir el agrietamiento por electroerosión
Para evitar el agrietamiento por electroerosión, es necesario minimizar el daño térmico durante el mecanizado y eliminar posteriormente la capa refundida frágil.
- Parámetros de electroerosión controlados. Tras pasadas de desbaste de alta energía, deben realizarse pasadas de acabado de baja energía. Los parámetros de acabado reducen el espesor de la capa refundida y limitan los daños superficiales.
- Eliminación de la capa refundida. Se debe utilizar un lijado ligero, pulido, abrillantado o lapeado abrasivo para eliminar la capa blanca restante y cualquier microfisura que contenga.
- Tratamiento térmico posterior al mecanizado por electroerosión (EDM) para aliviar tensiones. Se recomienda un tratamiento térmico posterior al mecanizado por electroerosión. La temperatura de revenido suele ser entre 14 y 28 °C (25 y 50 °F) inferior a la temperatura de revenido final original, lo que permite que las tensiones residuales se relajen manteniendo la dureza requerida.
Métodos de inspección y detección
Debido a que las grietas producidas por el mecanizado por descarga eléctrica son extremadamente finas, se requieren técnicas de inspección especializadas.
Los métodos de inspección no destructivos más comunes incluyen:
- inspección por partículas magnéticas
- prueba de penetración de tintes fluorescentes
Para un análisis detallado de fallas, se suele realizar un examen metalográfico de una sección transversal. Tras el ataque químico con un reactivo como el nital, la zona superficial dañada se hace visible. La capa refundida aparece brillante y blanca, mientras que la región sobretemplada que se encuentra debajo se ve más oscura antes de la transición al material central intacto.
Conclusión
Acero para herramientas D2 Las grietas que se forman durante el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) se deben principalmente a que el proceso crea una capa refundida frágil e introduce altas tensiones residuales de tracción en la superficie. Dado que el acero D2 tiene una alta dureza y una tolerancia limitada a la deformación localizada, las microgrietas que se forman en la capa afectada por el EDM pueden propagarse fácilmente durante su uso.
La estrategia de prevención más eficaz consiste en controlar los parámetros de acabado, eliminar la capa refundida y realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones posterior al mecanizado por electroerosión.
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Preguntas frecuentes
El agrietamiento se produce porque la electroerosión crea una capa refundida frágil e introduce elevadas tensiones residuales de tracción. El alto contenido de carbono y cromo del D2 lo hace sensible a estas tensiones térmicas y transformaciones de fase.
La capa refundida, o “capa blanca”, es una superficie dura y quebradiza que se forma cuando el metal fundido se solidifica rápidamente durante el proceso de electroerosión. A menudo contiene microfisuras que pueden propagarse hacia el material base.
Los signos típicos incluyen fracturas frágiles que se originan en las cavidades de la electroerosión, descamación o desprendimiento de la superficie y astillamiento localizado a lo largo de las características mecanizadas. Estas grietas suelen ser inicialmente invisibles a simple vista.
La prevención implica el uso de pasadas de acabado de baja energía, la eliminación física de la capa refundida mediante esmerilado o pulido, y la realización de un tratamiento de revenido posterior al mecanizado por electroerosión para aliviar las tensiones.
Las grietas relacionadas con la electroerosión suelen originarse en la capa refundida y son extremadamente pequeñas, con una profundidad aproximada de 0,0001 a 0,0003 pulgadas (0,0025 a 0,0076 mm).
Sí, el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) crea una zona afectada por el calor (ZAC) debajo de la capa refundida. Esta zona incluye una fina capa endurecida y una región sobretemplada antes de la transición al metal base no afectado.
Debido a que las grietas son muy finas, se requieren métodos no destructivos especializados, como la inspección por partículas magnéticas o las pruebas de penetración con tintes fluorescentes. Las secciones transversales metalográficas también pueden revelar la zona dañada.
La temperatura recomendada suele ser entre 14 y 28 °C (25 y 50 °F) inferior a la temperatura de revenido final original. Esto permite que las tensiones residuales se relajen manteniendo la dureza requerida de la herramienta.